Исследование процесса обработки отверстий в крупногабаритной конструкции со смешанными пакетами при сборке на модульном оборудовании

Цель работы – исследование технологии обработки отверстий, выполненных с помощью автоматизированной сверлильной машины, при сборке крупногабаритной конструкции со смешанными пакетами (полимерный композиционный материал + металл) на модульном оборудовании. Для исследования процесса обработки отверстий в крупногабаритной конструкции при сборке на модульном оборудовании был собран образец кессона габаритами 17765х3050х438 мм, имитирующий кессон крыла гражданского самолета – тестовый кессон. Используемое модульное оборудование обеспечивает достижение точности геометрического положения выполняемых отверстий 0,5 мм. Для обработки отверстий с помощью автоматизированной сверлильной машины была составлена карта обработки отверстий. В карте обработки отверстий отражены ключевые параметры отверстий, такие как диаметр отверстия, точность отверстия, координаты положения центра отверстия, направление оси отверстия, слои в пакете. Для привязки автоматизированной сверлильной машины к крупногабаритной конструкции карту обработки отверстий необходимо делить на зоны, а в случае длинномерных деталей – на подзоны. Выявлено, что технология обработки отверстий на автоматизированных сверлильных машинах с числовым программным управлением с помощью комбинированного инструмента позволяет обрабатывать отверстия окончательного диаметра за один-два перехода в крупногабаритных конструкциях со смешанными пакетами, обеспечивая точность геометрического положения рассверливаемого отверстия 0,5 мм. На основании полученных результатов по исследованию обработки отверстий в крупногабаритной конструкции выявлено, что для достижения точности геометрического положения выполняемых отверстий 0,5 мм длинномерные детали необходимо делить на подзоны длиной не более 1 м для автоматизированной обработки отверстий. Определен габаритный размер длины зоны привязки для автоматизированной сверлильной машины. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации технологических процессов при обработке отверстий в крупногабаритных конструкциях в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности.

1. Кива Д.С. Этапы становления и начала развернутого применения полимерных композиционных материалов в конструкциях пассажирских и транспортных самолетов (1970–1995 гг.) // Авиационно-космическая техника и технология. 2014. № 6. С. 5–16.

2. Константинов А.С. Эффективность применения полимерных композиционных материалов при проектировании и изготовлении специальной погрузочной оснастки для грузовых рамповых самолетов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 4. С. 633–638.

3. Молчанов Б.И., Гудимов М.М. Свойства углепластиков и области их применения // Авиационная промышленность. 1997. № 3-4. С. 58–60. EDN: ZPNNSF.

4. Фокин И.В., Стуров А.А., Иванов Ю.Н. Перспективы развития композиционных материалов в XXI веке // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. ст. XV Всерос. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 22 декабря 2020 г.). Иркутск: ИрНИТУ, 2021. С. 208–211. EDN: HLNMMU.

5. Ле Чи Винь, Кольцов В.П., Стародубцева Д.А. Моделирование процесса формирования остаточных напряжений при выполнении технологической последовательности «дробеударная обработка – зачистка лепестковым кругом» // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 2. С. 202–213. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-2-202-213. EDN: QAHLRO.

6. Балла О.М. Обработка точных отверстий в пакетах из разнородных материалов // Авиационная промышленность. 2013. № 4. С. 27–30. EDN: SDJAIV.

7. Garrick R. Drilling advanced aircraft structures with PCD (Poly–Crystalline Diamond) drills // SAE Technical Papers. 2007. https://doi.org/10.4271/2007-01-3893.

8. Ivanov Y.N., Chashhin N.S., Sultanova A.R. A study of cutting forces when drilling CFRP/Ti stacks // Journal of Physics: Conference Series: Advances in Composites Science and Technologies. 2021. Vol. 1990. Iss. 1. P. 012035. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1990/1/012035. EDN: QQRKSV.

9. Ivanov Y.N., Chashchin N.S., Pashkov A.A. A study of cryogenic cooling when reaming holes in CFRP/Ti/Al Stacks // International Conference on Industrial Engineering: Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering (Sochi, 17–21 May 2021). Chelyabinsk: Springer, 2022. Vol. 2. Р. 650–656. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85230-6_77. EDN: CHYTQA.

10. Иванов Ю.Н. Сверление отверстий в смешанных пакетах // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 1-5. С. 1402–1406. EDN: TJFAFL.

11. Иванов Ю.Н., Кланцова К.С., Чащин Н.С., Пятых А.С., Матлыгин Г.В., Исаченко А.С. Исследование влияния смазочно-охлаждающих технологических средств на точность и качество обрабатываемых отверстий в авиа- ционных материалах // Системы. Методы. Технологии. 2025. № 3. С. 29–36. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2025-3-29-36.

12. Kayihan M., Karaguzel U., Bakkal M. Process design and experimental study on drilling operations of a hybrid aluminum/carbon fiber reinforced polymer/titanium composite // Materials and Manufacturing Processes. 2024. Vol. 39. Iss. 11. P. 1630–1637. https://doi.org/10.1080/10426914.2024.2368547.

13. Patent no. 7575401, United States of America, B1. PCD drill for composite materials / R.M. Garrick, J.A. Bunting. Publ. 18.11.2004.

14. Shyha I., Soo S.L., Aspinwall D.K., Bradley S., Dawson S., Pretorius C.J. Drilling of titanium/CFRP/aluminium stacks // Key Engineering Materials. 2010. Vol. 447-448. Р. 624–633. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.447-448.624. EDN: ODWSJD.

15. Tsao C.C. Investigation into the effects of drilling parameters on delamination by various step–core drills // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 206. Iss. 1-3. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.12.057. EDN: KLUTCR.

16. Xu Jinyang, Mkaddem A., Mansori M.E. Recent advances in drilling hybrid FRP/Ti composite: a state–of–the–art review // Composite Structures. 2016. Vol. 135. Iss. 1. P. 316–338. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.09.028.

17. Завацкая Т.В., Кротенко А.Е., Иванов Ю.Н. Сверление и контроль отверстий в пакетах «титановый сплав-углепластик» // Жизненный цикл конструкционных материалов: сб. ст. XII Всерос. науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 6 июня 2022 г.). Иркутск: ИрНИТУ, 2022. С. 209–215. EDN: CVDQBN.

18. Фокин И.В., Стуров А.А., Иванов Ю.Н. Исследование проблемы механической обработки деталей из композиционного материала // Шестые Колачёвские чтения: матер. VI Всерос. молодеж. Науч.-практ. конф., посвящ. первому полету человека в космос (г. Москва, 9 апреля 2021 г.). М.: ООО «Научно-издательский центр Инфра-М», 2021. Т. 6. С. 71–73. EDN: ICULLJ.

19. Султанова А.Р., Громашев А.Г. Подготовка отверстий в смешанных пакетах для выполнения соединений деталей крыла самолета МС-21 // Авиационная промышленность. 2021. № 1. С. 30–35. EDN: MFOUKE.

20. Mueller–Hummel P., Atarsia A., Wiemann A. One shot – dry – drilling of composites/titanium/aluminium hybrid stacked materials in IT8 quality // AeroTech Congress & Exhibition. 2013. https://doi.org/10.4271/2013-01-2337.

21. Прокопчик С.В. О подходах к автоматизированному расчету оптимальных режимов резания при одноинструментальной обработке на сверлильных станках // Исследования и разработки в области машиностроения, энергетики и управления: матер. XII Междунар. науч.-техн. конф. студентов, магистрантов и молодых ученых (г. Гомель, 26–27 апреля 2012 г). Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2012. С. 22–25. EDN: VKXGRY.

22. Громашев А.Г., Султанова А.Р., Масохин Е.В. Модульный принцип сборки авиационных конструкций и оборудование для его реализации // Авиационная промышленность. 2021. № 3-4. С. 58–65. EDN: KFFMJU.

23. Пат. № 2749432, Российская Федерация, C1. Способ модульной сборки стыковой нервюры самолета для соединения консолей крыла с центропланом и устройство для осуществления способа / А.Г. Громашев, А.И. Гайданский, А.В. Ульянов, А.В. Третьяков, Д.В. Резниченко, Е.В. Масохин, А.Р. Султанова; заявитель и патентообладатель АО «АэроКомпозит». Заявл. 10.01.2020; опубл. 10.06.2021.

24. Пат. № 2774870, Российская Федерация, C1. Способ модульной сборки кессона консоли крыла самолета с деталями из углеродных полимерных композиционных материалов и металлов и сборочная линия с устройствами для осуществления способа / А.Г. Громашев, А.И. Гайданский, А.В. Ульянов, А.В. Третьяков, Д.В. Резниченко, Е.В. Масохин, О.Л. Данилова, А.Р. Султанова; заявитель и патентообладатель АО «АэроКомпозит». Заявл. 17.09.2021; опубл. 22.06.2023.